Univerzita Pardubice Dopravní fakulta Jana Pernera Letové tratě a jejich provozní specifikace Michal Neuer Bakalářská práce 2011
ANOTACE Hlavní náplní této práce je analýza současného využití letových tratí a vzdušného prostoru. Zvláštní část bude věnována letovým tratím nad polárními oblastmi, vodními plochami a jejich provozním specifikacím a odlišnostem oproti letovým tratím nad pevninou. V závěru práce budou vyhodnoceny nedostatky a nové příležitosti k efektivnějšímu využití vzdušného prostoru v souvislosti s evropským projektem jednotného nebe. V průběhu práce budou postupně vyhodnoceny možnosti snížení negativního dopadu letecké dopravy na životní prostředí a snížení nákladů na provoz letecké dopravy. KLÍČOVÁ SLOVA letové tratě, vzdušný prostor, rozstupy TITLE Airways and their operational specifications ANNOTATION The main scope of the thesis is an analysis of current usage of airways and air space. The thesis includes distinctive part, which is devoted to airways over polar areas, water areas and their operational specifications and differencies compared to airways over land. The insufficiencies and new opportunities leading to more efficient usage of air space in connection with european project of single sky are evaluated at the close of the thesis. Within the thesis, the opportunities leading to reduction of air transport impact upon environment and operational cost reduction are evaluated. KEYWORDS airways, air space, separations
Úvod... 7 1 Analýza současného stavu letových tratí a vyuţívání vzdušného prostoru... 8 1.1 Současný stav a moţnosti vedoucí ke zvýšení efektivity letecké dopravy... 8 1.2 Definice letové tratě a její význam... 10 1.3 Napojení příletových a odletových tratí... 11 1.4 Traťové mapy... 12 1.5 Podmíněné tratě... 13 1.6 Rozstupy... 13 1.6.1 Vertikální rozstupy... 13 1.6.2 Horizontální rozstupy s vyuţitím prostorové navigace RNAV... 15 1.7 Zavedení prostorové navigace RNAV... 16 1.8 Navýšení propustnosti vzdušného prostoru... 17 2 Polární tratě... 19 2.1 Provozní výhody polárních tratí... 20 2.2 Zvláštnosti a odlišnosti polárních tratí od konvenčních tratí... 22 2.2.1 Kontrola teploty paliva... 22 2.2.2 Komunikace... 23 2.3 Poţadavky amerického úřadu FAA vykonávajícího dozor nad civilním letectvím. 23 2.3.1 Vyšší počet poloţek na minimální vybavení letadla (MEL)... 24 2.3.2 Záloţní plán pro cestující při diverzi letadla... 24 2.3.3 Speciální kvalifikace pro posádky... 24 2.3.4 Výběr záloţních letišť... 24 3 Létání přes rozlehlé vodní plochy... 26 3.1 Transoceánské tratě... 26 3.2 Vyuţití větrných proudů (jetstreamů)... 27 3.3 Řízení letového provozu nad oceány... 28 3.4 Lety dvoumotorových letadel s prodlouţeným doletem - ETOPS... 29 4 Současné moţnosti pro efektivnější vyuţití vzdušného prostoru... 31 4.1 Jednotné evropské nebe - SES... 32 4.1.1 Evropský výzkumný program pro řízení letového provozu - SESAR... 33 4.1.2 4D trajektorie... 34 4.1.3 Široko-systémový informační management - SWIM... 35 4.2 Převedení části výkonů letecké dopravy na ţeleznici... 36 Závěr... 39 Seznam pouţitých informačních zdrojů... 40 Seznam obrázků... 42 Seznam tabulek... 43 Seznam pouţitých zkratek... 44 Seznam příloh... 46
Úvod Od počátku rozvoje civilního letectví, které můţeme datovat na počátek 20. století, se mnohé změnilo. Z počátku neexistovaly letové tratě a pohyb letadel v prostoru byl takřka neřízený. S postupným nárůstem letového provozu však vznikla potřeba letový provoz usměrňovat. Postupně se tak vytvořil systém koordinování letového provozu na principu vedení letadla po určité trati. Souběţně s tím se začaly objevovat první letecké mapy znázorňující síť letových tratí na vymezeném území, díky kterým bylo moţné stanovit trať letu, zjednodušit orientaci letovým posádkám a efektivně řídit letový provoz. S mohutným rozmachem civilní letecké dopravy ve druhé polovině 20. století začalo letových tratí razantně přibývat a letový provoz se začal postupně zahušťovat. Z tohoto se důvodu se začalo rozšiřovat radarové pokrytí jednotlivých oblastí, díky kterému bylo moţné několikanásobně sníţit současné rozstupy mezi letadly a tím i uspokojit stoupající poptávku po tomto druhu dopravy. S dalším nárůstem letecké dopravy se na konci minulého století začaly objevovat první oblasti, kde jiţ kapacita vzdušného prostoru nebyla dostatečná, aby pokryla poptávku po letecké dopravě ve špičkových hodinách. Tento problém se týkal především západní Evropy a Severní Ameriky. Pravidelné linky tak musely být plánovány i mimo dopravci poţadovaných časů a začalo docházet k častému zpoţďování letů. Muselo se tedy opět začít s navyšováním kapacity vzdušného prostoru různými postupy, které vedly k dočasnému uspokojení aktuální poptávky. V dlouhodobém výhledu však bude nutné kapacitu vzdušného prostoru a vyuţití letových tratí nad vytíţenými oblastmi zcela restrukturalizovat, aby bylo moţné pojmout očekávaný nárůst letecké dopravy, který se má během následujících desítek let zdvojnásobit. 7
1 Analýza současného stavu letových tratí a využívání vzdušného prostoru 1.1 Současný stav a možnosti vedoucí ke zvýšení efektivity letecké dopravy Podle předpovědi organizace Eurocontrol bude nad Evropou do roku 2030 nárůst pohybů dopravních letadel přibliţně o 80 % vyšší v porovnání s rokem 2009, jak je znázorněno na obrázku číslo 1. 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 9413 16887 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2020 2025 2030 Obrázek 1: Očekávaný počet pohybů dopravních letadel nad Evropou (v tisících) Zdroj: (1) Z tohoto grafu vyplývá průměrný očekávaný nárůst letecké dopravy v Evropě o 2,8 % kaţdým rokem. Větší růst se očekává ve střední a východní Evropě a naopak niţší růst v Evropě západní. Mezinárodní organizace ICAO (International Civil Aviation Organization) odhaduje průměrný globální růst letecké osobní dopravy o 4,8 % ročně aţ do roku 2036. Provoz v Evropě tedy poroste pomaleji, neţ bude celosvětový průměr. Samotný růst letecké dopravy se nejčastěji odvíjí především od růstu HDP daného regionu či státu. Dá se tedy očekávat, ţe regiony s rozvíjející se ekonomikou mezi které se dají zařadit latinská Amerika, východní Evropa, Afrika a některé části Asie, se budou moct těšit z vyššího růstu, neţ jaký je očekáván u vyspělých ekonomik v západní Evropě, Japonsku, či Severní Americe. Aby bylo moţné pojmout tak velký nárůst letů, je zapotřebí přeměnit strukturu letových tratí a jejich vyuţití. V současné době se tomuto tématu věnuje poměrně velká 8
pozornost především ze dvou důvodů. Tím prvním, jak jiţ bylo uvedeno, je nedostatečná kapacita vzdušného prostoru a tím druhým je sníţení negativního dopadu letecké dopravy na ţivotní prostředí. Dopad letecké dopravy na ţivotní prostředí je přímo úměrný spotřebě paliva a její podíl je znázorněn na obrázku číslo 2. Čím více paliva letadlo spotřebuje, tím více vyprodukuje emisí a tím více je zasaţeno ţivotní prostředí. V současné době bohuţel není moţné, aby si kaţdý dopravce zvolil ideální letovou hladinu, optimální trať a trajektorii letu. Vţdy je nutné přizpůsobit se aktuální situaci a dostupné kapacitě vzdušného prostoru. Dochází tak k navyšování vzdálenosti a doby letu, nahodilému klesání či stoupání, zpoţdění a tím vším k vyšší spotřebě pohonných hmot. Podíl letecké dopravy na celkové produkci CO 2 Dle odvětví průmyslu Dle druhu dopravy Obrázek 2: Podíl letecké dopravy na znečištění životního prostředí Zdroj: (2) Podle propočtu mezinárodní organizace IATA (International Air transport Association) je v současné době moţné sníţit produkci emisí a spotřebu paliva efektivnějším vyuţitím letových tratí a vzdušného prostoru o 3 5 %. Ačkoliv se na první pohled jedná o poměrně malé číslo, není tomu tak. Pokud jej vyjádříme v materiálních prostředcích, jedná se o významné mnoţství. Například v Evropě se dle organizace IATA očekává po dokončení evropského projektu jednotného evropského nebe, který by měl přispět ke zlepšení současné situace, roční úspora na pohonných hmotách kolem 4 milionů tun leteckého petroleje. Úspora vyjádřená ve finančních prostředcích, by tak činila kolem 8 miliard dolarů při ceně ropy 85 dolarů za barel. Moţnou úsporu pohonných hmot je moţné si lépe představit podle průměrných statistických ukazatelů uvedených níţe: 9
průměrná spotřeba paliva na minutu letu činí 49 kg leteckého petroleje, průměrná spotřeba paliva za jednu námořní míli (1,852 km) činí 11 kg leteckého petroleje, průměrná spotřeba paliva na osobu/100 km činí 5 litrů leteckého paliva. 1.2 Definice letové tratě a její význam Letová trať je řízená oblast nebo její část zřízená ve formě vzdušného koridoru. Obvykle je vytyčena mezi radionavigačními zařízeními VOR, NDB nebo jen pomyslnými body vyjádřenými pomocí zeměpisných souřadnic. Trať je průmět dráhy letadla na povrch země a její směr se vyjadřuje ve stupních k severu (zeměpisnému nebo magnetickému). Letové tratě slouţí k usměrňování toku letového provozu, separaci dopravních letadel letících podle přístrojů od vojenských letadel a navazují na příletové tratě STAR a odletové tratě SID. Pro kaţdou trať musí být zřízen ochranný vzdušný prostor a bezpečný rozstup mezi sousedními tratěmi. V současnosti je zhruba 70 000 publikovaných letových tratí. Jsou popsány jako sekvence bodů a povolených letových hladin. Mezi dvěma sousedními body je u kaţdé hladiny uvedena informace o časové a směrové pouţitelnosti. Tratě se mohou kříţit nebo spojovat v jednom bodě tak, ţe letadlo, které po nich letí můţe z jedné tratě přejít na druhou právě v daném bodě. Kompletní trasa mezi dvěma letišti je obvykle vedena po několika tratích, podle toho, jak na sebe navazují a jak jsou uvedeny v letovém plánu. V případě, kdy letadlo potřebuje letět mezi dvěma body, mezi kterými není letová trať, můţe řídící letového provozu letadlu povolit letět napřímo, aniţ by byla vyuţita letová trať. Letové tratě se podle leteckého předpisu L11 značí písmeny následované číslem od 1 do 999. Výběr písmen pro základní označení se provede takto: a) A, B, G a R pro tratě, které jsou součástí oblastní sítě tratí letových provozních sluţeb a nejsou tratěmi prostorové navigace, b) L, M, N a P pro tratě prostorové navigace, které jsou součástí oblastní sítě tratí letových provozních sluţeb, c) H, J, V a W pro tratě, které nejsou součástí oblastní sítě tratí letových provozních sluţeb a nejsou tratěmi prostorové navigace, d) Q, T, Y a Z pro tratě prostorové navigace, které nejsou součástí oblastní sítě letových provozních sluţeb. Kde je třeba, musí se přidat jedno písmeno před základní označení podle následujícího: a) K k označení tratě pro nízké hladiny, zřízené hlavně pro vrtulníky, b) U k označení, ţe trať nebo její část je zřízena v horním vzdušném prostoru, 10
c) S k označení tratě zřízené hlavně pro pouţití nadzvukovými letadly během zrychlování a zpomalování během nadzvukového letu. 1.3 Napojení příletových a odletových tratí Jak jiţ bylo zmíněno, letové tratě nekončí a nezačínají přímo na letištích, ale jsou napojovány na příletové a odletové tratě označované jako SID a STAR. Tento systém je vhodný především pro řídící letového provozu, kteří mají moţnost kaţdému letadlu určit jakým směrem má letět aby se napojilo na letovou trať, kterou má uvedenou v letovém plánu a nebo naopak kudy má letět aby mohlo provést proceduru přiblíţení na dráhu v uţívání. Odletovou trať se posádka letadla dozví během ţádosti o letové povolení od řídícího letového provozu. Letové povolení se letadlu uděluje před vytlačením letadla ze stojánky. Příletovou trať dostane posádka letadla během zahájení klesání k danému letišti taktéţ od řídícího letové provozu. Na kaţdém letišti, které poskytuje sluţby letadlům letícím podle přístrojů, je publikováno několik příletových i odletových tratí. Tyto tratě jsou publikovány pro kaţdou letištní dráhu v obou směrech a začínají nebo končí v určených bodech, které jsou součástí letových tratí. Příklad SID: VOZ 2A VOZ = koncový bod SID (kde SID končí) 2 = číslo, které označuje platnost tratě nebo-li pokolikáté je SID změněna A = pořadové písmeno Příklad STAR: LOMKI 5T LOMKI = počáteční bod STAR (odkud STAR vede) 5 = číslo, které označuje platnost tratě nebo-li pokolikáté je STAR změněna T = pořadové písmeno (obvykle se jím značí dráha příletu) 11
Obrázek 3: Příletová trať STAR Zdroj: (3) 1.4 Traťové mapy K základní orientaci letových posádek v systému letových tratí na daném území slouţí traťová mapa vydávaná leteckou informační sluţbou. Traťová mapa poskytuje posádkám letadel informace pro usnadnění vedení letadla po letových tratích v souladu s postupy letových provozních sluţeb. Tyto mapy se publikují pro všechny prostory, kde jsou tvořeny letové oblasti. Na mapě se uvádí směrníky, tratě, radiály v magnetických úhlech, letiště pro mezinárodní civilní letectví, na která je moţné provádět přiblíţení podle přístrojů, zakázané, nebezpečné a omezené prostory. Traťové mapy se publikují zvlášť pro spodní a vrchní letový prostor (v ČR : GND - FL245, FL245 - FL660). Traťová mapa spodního vzdušného prostoru ČR je uvedena v příloze. Na obrázku číslo 3 je znázorněno zakreslení letové tratě do traťové mapy. Obrázek 4: Značení letové tratě v traťové mapě Zdroj: Autor, (5) 12
1.5 Podmíněné tratě V rámci koncepce pruţného vyuţívání vzdušného prostoru byly ustanoveny tzv. podmíněné tratě CDR (Conditional routes). CDR jsou rozděleny do tří kategorií podle moţnosti je plánovat a podle očekávaného stupně aktivace příslušného prostoru. (5) CDR1 jsou stále plánovatelné podmíněné tratě během období publikovaného v letecké informační příručce. Předpokládá se u nich, ţe budou k dispozici po celou publikovanou dobu. Lety se zde plánují jako na stálých tratích a jakýkoliv předpoklad dlouhodobější nevyuţitelnosti musí být oznámen zprávou NOTAM a uveden ve zprávě o plánu vyuţití vzdušného prostoru AUP a ve zprávě o vyuţitelnosti podmíněných tratí CRAM, která je rozesílaná provozovatelům pro účely plánování letů. CDR2 jsou tratě plánovatelné pouze v období publikovaném ve zprávě AUP a CRAM a jsou součástí předem stanoveného scénáře tratí, který reaguje na nevyváţenost kapacity vzdušného prostoru. Seznam tratí CDR2 je publikován denně ve zprávě o vyuţitelnosti podmíněných tratí CRAM. CDR3 jsou tratě neplánovatelné, jsou publikované v letecké informační příručce a jsou pouţitelné pouze na základě instrukcí řízení letového provozu. 1.6 Rozstupy Základním úkolem řízení letového provozu je bezpečnost letového provozu, která je zajišťována stanovenými rozstupy dle ICAO po celou dobu letu od vzletu aţ po přistání. Rozstupy kolem letadel vytváří bezpečnostní prostor, který nesmí být narušen ţádnými jinými letadly. Velikost takových prostorů se odvíjí od pozemního a palubního vybavení navigačními prostředky, radionavigační sítě a radarového pokrytí. 1.6.1 Vertikální rozstupy Vertikální rozstupy mezi letadly jsou pro letadla stejně důleţité jako jízdní pruhy pro automobily na silnici. Je to dáno tím, ţe letadla, která letí proti sobě, se míjejí v odlišných letových hladinách namísto v odlišném směru vedle sebe. Proto je velmi důleţité, aby letadla letící proti sobě letěla vţdy v jiné letové hladině a disponovala co nejpřesnějším navigačním vybavením vzhledem k velmi malým vertikálním rozstupům. Standardní minimum vertikálního rozstupu ve vzdušném prostoru činí 600 metrů (2000 ft) nad letovou hladinou 290 včetně a 300 metrů (1000 ft) pod letovou hladinou 290. 13
Vzhledem k velmi vysokému navýšení objemu letového provozu v posledním desetiletí však bylo nezbytné tato minima ještě sníţit, aby se zvýšila propustnost a kapacita letového prostoru tam, kde to bylo zapotřebí. V tomto případě se jednalo především o vzdušný prostor nad Evropou a nad Atlantským oceánem. Od 24. ledna roku 2002 se proto minima sníţila na 300 metrů (1000 ft) pro všechny letové hladiny od země aţ do letové hladiny 410 se zavedením sníţených limitů vertikální separace RVSM (Reduced Vertical Separation Minimum). Tato změna byla umoţněna zvýšením kvality letových přístrojů, které jsou v dnešní době instalovány na palubách letadel. Tyto přístroje jsou spolehlivější a hlavně přesnější, neţ ty z minulých desetiletí. Obrázek 5: Znázornění vzniku nových letových tratí s využitím RVSM Zdroj: (4) Jak vyplývá z obrázku číslo 4, kapacitu letového prostoru bylo moţné navýšit o dalších šest letových hladin. Aby bylo moţné předejít sráţce dvou letadel letících proti sobě, bylo nutné rozdělit tyto hladiny na liché a sudé. Liché hladiny volí letadla letící na východ v rozmezí 000-179 a sudé hladiny jsou pro lety na západ v rozmezí 180-359. RVSM prostor je postupně zaváděn do těch oblastí, kde jiţ byla dostupná kapacita letového prostoru vyčerpána a bylo zapotřebí ji navýšit. Aby mohla letadla létat v prostorech RVSM, musí získat RVSM homologaci, aby bylo prokázáno, ţe jsou skutečně vybavena pro lety se sníţenými vertikálními rozstupy. Pro získání této homologace, musí být letadlo vybaveno následujícími palubními prostředky (poslední dva jsou nutné pro lety nad Atlantským Oceánem): 14
2 nezávislé systémy pro měření výšky (přesnost měření < 80 ft), systém varování změny výšky, odpovídač, systém pro automatické udrţení výšky. Téměř všechna letadla vyrobená v posledním desetiletí jiţ odpovídají těmto poţadovaným specifikacím. Většina ostatních letadel byla dodatečně vybavena přístroji tak, aby splňovala tyto poţadavky s výjimkou velmi starých letadel, u kterých to jejich operátoři povaţovali často za nerentabilní. Těchto letadel je však jiţ jen malé procento. 1.6.2 Horizontální rozstupy s využitím prostorové navigace RNAV Horizontální rozstupy je moţno rozdělit na radarové a neradarové. Neradarové Příčné Aby mohl být příčný rozstup bezpečně zajištěn, musí být letadla na tratích rozbíhajících se nejméně o 15. Příčný rozstup je poté zajištěn, kdyţ ochranný prostor jednoho letadla se nepřekrývá s ochranným prostorem ostatních letadel. Příčný rozstup se určí jako úhlový rozdíl mezi dvěma tratěmi a příslušného ochranného prostoru. Získaná hodnota se vyjádří jako vzdálenost od průsečíku dvou tratí, ve které je zajištěn příčný rozstup. Podélné Minimum vzdálenostního rozstupu pro letadla na stejné trati za pouţití prostorové navigace je 150 km (80 NM). Stejný rozstup se uplatňuje na protisměrných tratích. Znamená to tedy, ţe letadla, která se míjí na stejné trati nemohou začít klesat nebo stoupat, dokud mezi nimi není rozstup 150 km (80 NM). Minima podélných rozstupů mohou být sníţena aţ na 95 km (50 NM) v závislosti na zvýšené poţadované navigační výkonnosti RNP. Radarové Zavedení radarového řízení do běţného provozu v oblastech s hustým výskytem letového provozu přineslo velmi významné navýšení propustnosti vzdušného prostoru. Pokud je k dispozici radarové zařízení, je moţné aplikovat radarové rozstupy, které jsou mnohem menší, neţ rozstupy neradarové. Minimum podélného rozstupu se v tomto případě sniţuje na 9,3 km (5 NM). V určitých případech, můţe být minimum sníţeno aţ na 5,6 km (3 NM), pokud to schopnosti radarového zařízení na daném místě dovolují. Pokud však letí dvě letadla po stejné trati ve stejné nadmořské výšce, nebo se jejich tratě křiţují ve stejné 15
nadmořské výšce, uplatňují se radarové rozstupy podle turbulence v úplavu dle kategorií letadel, jak je znázorněno v tabulce číslo 1. Tab. 1: Minima radarových rozstupů podle turbulence v úplavu Předchozí letadlo Následující letadlo Radarové rozstupy při turbulenci v úplavu TĚŢKÉ STŘEDNÍ LEHKÉ Zdroj: (5) TĚŢKÉ STŘEDNÍ LEHKÉ TĚŢKÉ STŘEDNÍ LEHKÉ TĚŢKÉ STŘEDNÍ LEHKÉ 7,4 km (4,0 NM) 9,3 km (5,0 NM) 11,1 km (6,0 NM) 7,4 km (4,0 NM) 7,4 km (4,0 NM) 9,3 km (5,0 NM) 7,4 km (4,0 NM) 7,4 km (4,0 NM) 7,4 km (4,0 NM) TĚŢKÉ - letadlo s maximální schválenou vzletovou hmotností 136 000 kg nebo vyšší STŘEDNÍ - letadlo s maximální schválenou vzletovou hmotností niţší, neţ 136 000 kg, ale vyšší neţ 7 000 kg LEHKÉ - letadlo s maximální schválenou vzletovou hmotností 7 000 kg nebo niţší 1.7 Zavedení prostorové navigace RNAV Souběţně se zavedením sníţení vertikálních rozstupů RVSM byla v evropském regionu zavedena základní prostorová navigace RNAV, čímţ se opět navýšila kapacita vzdušného prostoru. Dosavadní metody letecké navigace totiţ umoţňovaly létat od jednoho radionavigačního zařízení ke druhému, coţ neumoţňovalo provést let po přímé cestě. Prostorová navigace umoţňuje, aby letadlo letělo po jakékoliv letové trati ve volném prostoru bez závislosti na radionavigačních zařízeních. Se zavedením prostorové navigace je tedy moţné plánovat tratě nezávisle na předem stanovených navigačních bodech, které jsou odvozeny od radionavigačních zařízení. V důsledku dojde k úsporám letového času, větší pruţnosti v projektování vzdušného prostoru a především k úspoře pohonných hmot, jejichţ spotřeba má úměrný vliv na produkci emisí. Vyuţívání prostorové navigace přináší nesporné výhody pro letecké provozovatele, ale na druhé straně znamená nutnost značných investičních nákladů pro ty, kteří provozují starší letadla, která nejsou dostatečně přístrojově vybavena. Minimální podmínkou je 16
vybavení letadla palubním počítačem, senzory VOR/DME a nebo navíc senzory GNSS či INS/IRS. Pro provoz RNAV je nezbytné, aby přístroje letadla splňovaly minimálně tyto funkce: na navigačním displeji musí být spojitá indikace polohy letadla vůči trati, na navigačním displeji musí být zobrazení a zaměření vzdálenosti k aktivnímu traťovému bodu, musí být zobrazena traťová rychlost nebo doba k aktivnímu traťovému bodu, moţnost uloţení minimálně 4 traťových bodů do paměti, funkce signalizace poruchy systému RNAV. Dále je doporučeno, aby bylo moţné připojit k systému autopilota, zobrazit aktuální polohu v zeměpisné šířce a délce, automatické přepínání úseků tratě a navigační databázi. Prostorovou navigaci můţeme rozdělit podle poţadavků na navigační výkonnost RNP. Po celém světě jsou tyto poţadavky odlišné v závislosti na daném regionu. V Evropě jsou pouţívány následující: B-RNAV poţadovaná navigační výkonnost RNP 5, P-RNAV poţadovaná navigační výkonnost RNP 1. Hodnota RNP 5 nebo 1 značí, ţe navigační schopnost letadla schváleného pro daný typ RNAV musí zajistit navigační a polohovou přesnost na trati ± 5 NM resp. 1 NM nebo lepší po 95 % doby letu. 1.8 Navýšení propustnosti vzdušného prostoru Propustnost vzdušného prostoru roste úměrně s vyššími nároky na vybavení letadel, řízení letového provozu a zavádění nových procedur a technologií. Letecké doprava je nejdynamičtěji rostoucí odvětví dopravy a její objem se za posledních několik let více neţ zdvojnásobil. Stejně tak jako prochází rekonstrukcemi mnoho světových letišť, na kterých dochází k navyšování kapacity počtu odbavených cestujících, je zapotřebí stejně přizpůsobit i vzdušný prostor pro větší objem letů. V současnosti je jiţ kapacita vzdušného prostoru značně navýšena oproti původnímu stavu, kdy probíhalo řízeno letového provozu pouze procedurálně. Zavedení radarového řízení do většiny částí světa přineslo zvýšení propustnosti několikanásobně vyšší, neţ byla původní. Dále značně přispělo zavedení sníţení vertikálních rozstupů RVSM a prostorové navigace RNAV v lednu 2002. Sníţení vertikálních rozstupů pomohlo především provozu nad severním atlantickým oceánem, kde se stále řídí provoz procedurálně a podélné rozstupy mezi letadly jsou stále poměrně vysoké. 17
Tím, ţe se sníţily vertikální rozstupy na polovinu, se dá říci, ţe se propustnost navýšila téměř dvojnásobně. Rovněţ pomohlo sníţení vertikálních rozstupů vzdušnému prostoru nad Evropou, kde byla dostupná kapacita taktéţ téměř vytíţena. Zavedení prostorové navigace RNAV znamenalo dle organizace IATA na začátku v roce 2002 navýšení propustnosti evropského vzdušného prostoru o 15 %. V současné době je tedy vzdušný prostor schopen pojmout současný letový provoz, ale jiţ brzy bude opět nutné tuto kapacitu navýšit. 18
2 Polární tratě Polární tratě jsou relativně velmi nové a jejich zavedení přineslo řadu úspor a výhod pro současné dopravce. Jedná se o tratě, které vedou v polární oblasti, která je určena, jako prostor nad 78. stupněm severní šířky. V současnosti se polární tratě provozují jen na severní polokouli, jelikoţ na jiţní polokouli nebyl prozatím důvod je zavádět. Zatímco na jiţní polokouli nejsou destinace, které by měly nejkratší trať křiţující jiţní pól, na severní polokouli je jich hned několik. Jedná se především o mezikontinentální lety mezi Severní Amerikou a Asií. Ačkoliv přínos polárních tratí je značný, zavedeny pro běţný provoz byly aţ v únoru roku 2001. Hlavním důvodem jejich opoţděného zavedení byla politická nestabilita během tzv. studené války mezi Sovětským Svazem a USA. Během tohoto období bylo nemyslitelné, aby letadla směřující ze Severní Ameriky křiţovala území Sovětského Svazu nebo Číny. Všechny tyto lety byly trasovány okolo komunistického bloku po tratích vedených přes Aljašku nebo střední východ. Teprve po ukončení studené války se začalo uvaţovat o propojení Asie a Severní Ameriky pomocí polárních tratí. Na začátku této myšlenky však stálo mnoho překáţek, které bylo zapotřebí koordinovat a řešit na mezinárodní úrovni. Mezi největší překáţky se řadily odlišné systémy a způsoby řízení letového provozu v USA a Rusku a jazyková bariéra, jelikoţ řídící letového provozu z Ruska ne vţdy uměli plynule komunikovat v anglickém jazyce. Z těchto důvodů byla v roce 1993 zaloţena skupina RACGAT skládající se ze zástupců USA, Ruska a okolních přihlíţejících států k tomu, aby řešily tyto překáţky a navrhly systém polárních tratí. V roce 1998 byl schválen návrh na otevření čtyř nových polárních tratí pojmenovaných Polar 1, 2, 3 a 4. V roce 1998 společnost Cathay Pacific provedla jako první zkušební let z New Yorku do Hong Kongu. Poté následovaly i další společnosti se svými zkušebními lety aţ do roku 2001, kdy byly polární tratě oficiálně uvedeny do provozu pro pravidelné linky. Na obrázku číslo 5 je moţné vidět rozdíl vzdálenosti při letu z New Yorku do Hong Kongu po polární trati a konvenční trati. 19
Obrázek 6: Porovnání délky tratí z New Yorku do Hong Kongu Zdroj: (6) 2.1 Provozní výhody polárních tratí Polární tratě přinášejí jejich uţivatelům mnoho provozních výhod a úspor, mezi které je moţné zařadit především následující: moţnost nonstop letů mezi destinacemi v Severní Americe a Asii, zkrácení doby letu o 1-3 hodiny, absence turbulencí v polárních oblastech, niţší spotřeba pohonných hmot, tím pádem niţší produkce emisí a niţší zátěţ ţivotního prostředí, sníţení celkových nákladů, moţnost vyššího zatíţení letadel platícím nákladem. 20
Obrázek 7: Příklad využití polárních tratí společností United Airlines Zdroj: (7) Tab. 2: Příklad vytížení a doby letu dálkového letadla Boeing 747-400 nonstop na trati z Chicaga do Hong Kongu Chicago - Hong Kong Přímý let přes polární trať Polar 3 Let okolo oblasti severního pólu Let přes sever Tichého oceánu Maximum cestujících 316 246 0 Maximální náklad (kg) 2500 0 0 Zdroj: (7) Doba letu 14:32 15:41 17:18 V současné době se polární tratě vyuţívají především pro nonstop lety mezi největšími asijskými a americkými či kanadskými metropolemi. Mezi takové je moţné zařadit například Singapur, Hong Kong, Peking, Tokyo, Shanghai, Soul, Bombai, Delhi, New York, Chicago, Atlantu, Washington, Detroit a Toronto. Přes polární trať je také operována nejdelší pravidelná linka na světě ze Singapuru do New Yorku společností Singapore Airlines. Tento let je dlouhý 15 345 km. Na obrázku číslo 7 jsou zakresleny linky společnosti United Airlines, které jsou provozovány přes polární tratě a v tabulce číslo 2 je moţné vidět úsporu času a vyššího moţného zatíţení letadla při vyuţití polární tratě. 21
2.2 Zvláštnosti a odlišnosti polárních tratí od konvenčních tratí Vzhledem k povaze polárních tratí je zapotřebí zváţit i jistá úskalí a moţná nebezpečí, která mohou nastat při cestách přes severní pól. Z tohoto důvodu je zapotřebí brát zvýšená bezpečnostní opatření pro případ nehody, ztráty spojení, potřeby diverze na záloţní letiště a jiné. Příklady moţných komplikací na polárních tratích: velmi nízké teploty okolí vyţadují nadstandardní poţadavky na pohonné hmoty, moţná ztráta radiového spojení, omezený počet letišť určených k diverzi, sluneční aktivita, extrémní teplotní podmínky v případě diverze na záloţním letišti, navigační omezení při pouţití magnetického kompasu. 2.2.1 Kontrola teploty paliva Pro bezpečné provedení letu je nezbytné, aby palivo zůstalo v kapalném skupenství. Vzhledem k teplotám v polárních oblastech je teoretická moţnost, ţe by palivo mohlo zamrznout a z tohoto důvodu je nezbytné při kaţdém letu kontrolovat stav teploty paliva. Současná paliva pouţívaná pro dopravní letadla mají bod tuhnutí zhruba mezi -40 aţ -50 celsia. Zpravidla se tato hodnota můţe nepatrně měnit v závislosti na oblasti, kde je palivo tankováno. Současné palivové soustavy jsou schopny si poradit s palivem, které jiţ obsahuje zmrzlé krystaly. Samotné palivo nikdy nemrzne najednou jako voda, jelikoţ se skládá z několika sloţek, které mohou mít odlišný bod tuhnutí. Nejdříve se vytvoří v palivu zmrzlé krystaly sloţek s nejvyšším bodem tuhnutí a se sniţující se teplotou postupně zamrznou i zbylé sloţky, coţ vede k přeměně paliva z kapalného skupenství na pevné. Teplotní rozdíl mezi bodem tuhnutí a stavem, kdy se palivo přemění do pevného skupenství je dalších zhruba 6 celsia. Letadla létající přes polární oblasti musí být vybavena indikátorem teploty paliva. Posádka tedy přesně vidí aktuální teplotu a můţe tak rychle reagovat. Jakmile se teplota paliva přiblíţí na 3 celsia od bodu tuhnutí, objeví se výstraha, na kterou musí posádka okamţitě reagovat. V koordinaci s řízením letového provozu je potom moţné pozměnit letový plán, pokud se v okolí vyskytuje oblast, kde se předpokládá vyšší teplota vzduchu. Dalšími moţnostmi jsou klesání do niţší letové hladiny nebo zvýšení rychlosti. Samotné chladnutí paliva probíhá poměrně pomalu. Průměrná doba neţ se palivo ochladí o 3 celsia zabere zhruba hodinu. Ve velmi extrémních podmínkách se ale palivo můţe 22
ochladit během hodiny aţ o 12 celsia. Posádka tedy má dostatek času hlídat stav paliva, neţ se dostane ke kritickým hodnotám. 2.2.2 Komunikace Postup pro komunikaci v polárních oblastech je vţdy popsán v příslušných traťových mapách. Základ pro komunikaci tvoří zařízení pro přenos zvuku na velmi krátké vlny a na krátké vlny. Jako záloţní zařízení se pouţívá satelitní komunikace neboli SATCOM, která je pouţitelná jen do 82 severní šířky. Typický let začíná komunikací na velmi krátkých vlnách. Poté co se letadlo přiblíţí k oblasti severního pólu, přechází se ke komunikaci na krátké vlny z důvodu většího dosahu. V této části letu hrozí nebezpečí sníţení kvality spojení nebo i úplná ztráta spojení v případě sluneční aktivity. Z tohoto důvodu musí být posádky vţdy informovány o moţném nebezpečí ze sluneční aktivity ještě předtím neţ vletí do této oblasti. Po přeletu severního pólu se přechází opět ke komunikaci na velmi krátkých vlnách, jak je znázorněno na obrázku číslo 8, kde jsou velmi krátké vlny znázorněny červenou barvou a krátké vlny ţlutou barvou. Obrázek 8: Znázornění komunikace při přeletu severního pólu Zdroj: (6) 2.3 Požadavky amerického úřadu FAA vykonávajícího dozor nad civilním letectvím Americký úřad civilního letectví FAA (Federal Aviation Administration) aktivně vykonává dohled nad provozem přes polární tratě a stanovuje nároky vedoucí k zajištění poţadované úrovně bezpečnosti. Základem pro zavedení polárních letů je vykonání zkušebního letu za přítomnosti inspektora z FAA a provedení simulace diverze letadla na záloţní letiště. Kromě tohoto kritéria jsou na dopravce kladeny poţadavky uvedeny v následujících podkapitolách. (6) 23
2.3.1 Vyšší počet položek na minimální vybavení letadla (MEL) MEL je dokument, který určuje minimální vybavení letadla při kterém je moţné vykonat let. V případě letů přes oblast severního pólu jsou oproti standardu navíc poţadovány následující poloţky: palivový systém indikující mnoţství a teplotu paliva, pro letadla s dvěma motory je poţadována pomocná palubní jednotka (APU), automatický tah motoru umoţňující udrţovat konstantní rychlost letadla, komunikační vybavení, které umoţní efektivní komunikaci po celou dobu letu, rozšířenou sadu první pomoci o automatické defibrilátory. Mimo MEL je FAA také poţadováno speciální vybavení ve formě dvou ochranných obleků do extrémních teplot. 2.3.2 Záložní plán pro cestující při diverzi letadla Kaţdý dopravce musí mít plán jakým způsobem se postará o své cestující v případě diverze na záloţní letiště. Plán by měl obsahovat moţnosti dopravy cestujících a posádky ze záloţního letiště. Tento plán musí kaţdý dopravce průběţně aktualizovat a předat ke schválení FAA. 2.3.3 Speciální kvalifikace pro posádky Letové posádky musí projít školením zaměřeným na speciální procedury během polárních letů: přípravu na pouţití ochranných obleků do extrémních teplot, let na polárních tratích za různých meteorologických podmínek, odvrácení moţnosti zamrznutí pohonných hmot, nepřesné měření výšky v extrémních teplotách a jejich korekce, aspekty vedoucí ke správnému výběru záloţního letiště v případě nouze. 2.3.4 Výběr záložních letišť Pro výběr záloţních letišť je zapotřebí brát v úvahu následující aspekty: pro kaţdý let přes oblast severního pólu musí dopravce uváţit několik moţných záloţních letiště pro případ nouze, počet záloţních letišť musí být takový, aby jednoho z nich bylo moţné v jakékoliv části letu a za jakéhokoliv počasí bezpečně dosáhnout, 24
kaţdé vybrané záloţní letiště musí mít dostatečně dlouhou, širokou a únosnou dráhu k přistání a vzletu, letadlo musí mít moţnost opustit dráhu, aby mohlo přistát náhradní letadlo pro cestující, cestující a posádka musí mít moţnost bezpečně opustit letadlo, na letiště nebo v jeho blízkém okolí musí být dostupný úkryt a občerstvení pro cestující neţ se opraví nebo přiletí náhradní letadlo. Na obrázku číslo 7 jsou zakreslena letiště, která jsou schopná slouţit jako záloţní letiště pro polární lety. Obrázek 9: Současně dostupná záložní letiště v polární oblasti Zdroj: (6) 25
3 Létání přes rozlehlé vodní plochy Jednou z největších předností letecké dopravy je moţnost překonání rozlehlých vodních ploch ve velmi krátkém čase. Zatímco při letech nad pevninou je často moţné zvolit alternativní druh dopravy, nad velkými vodními plochami tomu jiţ tak není. Jedinou alternativou je v současné době námořní doprava, která ovšem nemůţe letecké dopravě konkurovat svojí rychlostí. Zatímco zaoceánský parník potřebuje k překonání oceánu několik týdnu, letadlu stačí několik hodin. Převáţná většina cestující veřejnosti proto preferuje v tomto případě dopravu leteckou. Systém řízení letového provozu a organizace letových tratí jsou odlišné na jiţní a severní polokouli. Tento rozdíl je způsoben především rozdílnou intenzitou letového provozu. Převáţná většina transoceánských letů se odehrává právě na severní polokouli, ve které se nachází většina významných světových metropolí, které jsou pro leteckou dopravu nejdůleţitější. Naopak na jiţní polokouli je provoz přes oceány mnohem méně intenzivní, jelikoţ je mnohem méně osídlena neţ polokoule severní. Při kaţdém zaoceánském letu letí dopravní letadlo nejdříve přes konvenční systém letových tratí do doby, neţ se dostane na hranu, kde se dotýká zemská plocha s oceánem. V tomto bodě se letadlo napojí buď přímo na transoceánskou trať, které jsou specifické právě pro lety na severní polokouli, nebo se dostane do volné oblasti, kde nejsou předem definované letové tratě. Druhá varianta je typická právě pro většinu transoceánských letů na jiţní polokouli, kdy posádky volí trasu tak, aby byl jejich let přes vodní plochu co nejkratší do momentu, neţ se dostanou k dalšímu bodu na pevnině, dle letového plánu. Do letového plánu se let přes vodní plochu zaznamenává pomocí souřadnic v intervalech po 10 zeměpisné délky při letech na západ či na východ a po 5 zeměpisné šířky při letech na sever či na jih. 3.1 Transoceánské tratě Jak jiţ bylo zmíněno, transoceánské tratě se vyuţívají především přes oceány na severní polokouli. Na rozdíl od konvenčních letových tratí na pevnině se transoceásnké tratě mění pravidelně a velmi často. Polovinu dne se létá jen v jednom směru například ze západu na východ a druhou polovinu dne zase naopak z východu na západ. Transoceánské tratě se tedy mění dvakrát denně a kaţdý den mohou být odlišné, neţ v den předchozí. Nejvíce frekventovanými transoceánskými tratěmi na světě jsou transatlantické tratě. Přes den jsou v provozu tratě směřující z východu na západ a v noci ze západu na východ. Kaţdá 26
transoceánská trať je pojmenována písmenem z abecedy. Tratě vedoucí na západ začínají písmeny od začátku abecedy, tedy A a tratě vedoucí na východ začínají písmeny od konce abecedy. Na obrázku číslo 10 je znázorněna mapa transatlantických tratí směřujících z východu na západ ke dni 19. března 2011. Obrázek 10: Mapa transatlantických tratí Zdroj: (8) Prozatím jediné dopravní letadlo, které se mohlo vyhnout systému měnících se transatlantických tratí byl Concorde. Největší vliv klimatologických podmínek na leteckou dopravu je v troposféře, ve které létají všechna dopravní letadla. Concorde se, ale jako jediné dopravní letadlo, přibliţoval svou cestovní letovou hladinou aţ k 20 kilometrům na hranici troposféry se stratosférou, kde jsou klimatologické rozdíly mnohem menší, neţ v niţších letových hladinách. Nebylo tedy nutné měnit kaţdý den trať letu, nýbrţ se létalo po stále stejné trati. 3.2 Využití větrných proudů (jetstreamů) Důleţitým faktorem, který ovlivňuje plánování transoceánských tratí jsou klimatologické podmínky, především povětrnostní. Pokud letadlu vane vítr do zad, cesta je mnohem ekonomičtější, neţ kdyţ musí letadlo letět proti větru, jelikoţ spotřebuje méně paliva. Některá letadla mají navíc poměrně omezený maximální dolet. Pokud by tedy letěly po celou dobu proti silnému větru, mohlo by se stát, ţe by nedoletěly do cílové destinace a musely by divertovat na záloţní letiště kvůli nedostatku pohonných hmot. Nad oceány jsou ovšem takové moţnosti často velmi omezené. Právě nad oceány jsou větry velmi silné a mohou značně ovlivnit délku a ekonomičnost letu. Plánování transoceánských tratí 27
se proto řídí podle silných větrných proudů tzv. jetstreamů. Jetstream je proudění vzduchu v atmosféře ve směru ze západu na východ. Vzniká na hraně mezi hmotou studeného a teplého vzduchu, kde dochází k velké tlakové změně, která vyvolá silný vítr. V prostoru se vyskytuje ve tvaru dlouhé trubice o šířce několika kilometrů. Ačkoliv nejkratší trať mezi dvěma body je vţdy vedena po ortodromě, nemusí se jednat o nejefektivnější variantu. Pokud vane jetstream ve směru plánovaného letu, je vhodné letět po jeho proudu, i kdyţ se tím celková vzdálenost letu prodlouţí, jak je znázorněno na obrázku číslo 11 u letu přes Tichý oceán. Naopak, během zpátečního letu je vhodné zvolit trať přímo po ortodromě, aby byla trať co nejkratší za předpokladu, ţe není přímo proti směru jetstreamu. Obrázek 11: Znázornění letu po ortodromě a po směru jetstreamu Zdroj: (9) 3.3 Řízení letového provozu nad oceány Řízení letového provozu nad velkými vodními plochami je poměrně sloţité, jelikoţ řídící letového provozu nemají k dispozici informace z radaru, jako je tomu při řízení provozu nad pevninou. Dosah pozemních radarů není zdaleka takový, aby mohl pokrýt oblast oceánů. Z tohoto důvodu se v současné době řídí provoz nad oceány procedurálně. Jedná se o jednoduchou metodu, kdy řídící získá informace o poloze letadla dle pravidelných hlášení posádky. Jakmile posádka sdělí svou aktuální pozici a očekávanou dobu, neţ se přiblíţí k dalšímu určitému bodu vyjádřenému v souřadnicích, dokáţe si řídící vytvořit představu kde přesně se letadlo nachází a za jak dlouho se bude kde nacházet. Podle toho dokáţe udrţovat optimální rozstupy mezi letadly. Samotné posádky mají na rozdíl od řídícího dostatečný přehled o situaci kolem sebe díky proti sráţkovému zařízení TCAS, které zobrazuje provoz v okolí daného letadla. Jak je vidět na obrázku číslo 12, zařízení TCAS 28
dokáţe identifikovat i vertikální pohyb letadel a zároveň upozornit posádku na sblíţení s jiným letadlem, coţ je doprovázeno změnou barvy na displeji a obvykle i zvukovou výstrahou. Obrázek 12: Palubní zařízení TCAS Zdroj: (10) 3.4 Lety dvoumotorových letadel s prodlouženým doletem - ETOPS Počátky ETOPS (Extended range Twin engine Operational Performance Standard) se datují do 50. let minulého století. Provozovatelé dvoumotorových letadel, kteří chtějí létat dále neţ 60 minut od záloţního letiště musí splňovat nařízení ETOPS. Pokud dvoumotorovému letadlu přestane fungovat jeden motor, musí se posádka spolehnout na ten druhý. Pokud se tak stane letadlu s více motory, můţe stále letět s minimálně dvěma motory. Nařízení ETOPS proto stanovuje maximální doby, na které se můţe letadlo vzdálit od záloţního letiště, při kterých je dvoumotorové letadlo schopno bez potíţí doletět na záloţní letiště pouze s jedním motorem. Jelikoţ více motorová letadla se nemusí podřizovat těmto limitům, byla velmi dlouhou dobu oblíbena provozovateli po celém světě, kteří je pouţívali na dlouhé lety přes oceány, pouště a jiná neosídlená území. Zlom nastal s vývojem dokonalejších pohonných jednotek, které se začaly vyznačovat velmi vysokou spolehlivostí. Jelikoţ byla dvoumotorová letadla z provozního hlediska ekonomičtější, začala se jejich výroba navyšovat. V současné době se nová více motorová letadla vyrábějí jen v segmentu extrémně vysokokapacitních letadel. Na převáţnou většinu trhu připadají dvoumotorová letadla, pro která je nařízení ETOPS velmi důleţité. Nejnovější dvoumotorová letadla jsou certifikována pro ETOPS 180, kdy číslice značí maximální dobu v minutách, po kterou se můţe dvoumotorové letadlo vzdálit od nejbliţšího záloţního letiště. 29
K provozování ETOPS letů jsou zapotřebí certifikace letadla a povolení provozovatele. Základním předpokladem k certifikaci letadla je prokázání spolehlivosti pohonných jednotek. Pro ETOPS 180 je poţadavek stanoven na maximálně 2 vysazení motoru za letu na 100 000 letových hodin. Pro ETOPS 120 je tento limit sníţen na maximálně 5 vysazení za letu na stejné mnoţství letových hodin. Povolení provozovatele dostane provozovatel pokud prokáţe, ţe splňuje provozní specifikace a údrţbový program dle poţadavků pro ETOPS. Na obrázku číslo 13 je vidět rozdíl při plánování letu přes Atlantský oceán z Madridu do New Yorku bez certifikace ETOPS a pro letadlo s ETOPS 180. Rozdíl v délce letové trati je velmi zásadní. Všechna dvoumotorová letadla, která dnes létají na pravidelných linkách přes oceán, proto mají certifikaci minimálně pro ETOPS 120. Obrázek 13: Plánování letu bez ETOPS a s ETOPS 180 Zdroj: (11) V současné době se připravují nové verze ETOPS, u kterých bude časový limit ještě mnohem výše neţ současné maximum 180 minut. Dvoumotorová letadla budou moci létat téměř bez omezení. 30
4 Současné možnosti pro efektivnější využití vzdušného prostoru Jak jiţ bylo uvedeno v úvodu této práce, je zcela zřejmé, ţe během krátké doby bude zcela nezbytné zvýšit efektivitu a propustnost vzdušného prostoru z důvodu očekávaného nárustu poptávky po letecké dopravě. V současné době je jiţ moţné sledovat určité pokroky, které přinesly vysokou míru zlepšení. Příkladem můţe být zavedení sníţení vertikálních rozstupů RVSM v některých regionech. Díky ověřené efektivnosti by se měl tento systém aplikovat globálně do konce roku 2011. Nadále roste význam polárních tratí, které neustále získávají větší oblibu u dopravců a jejich vyuţití kaţdým rokem stoupá. Jejich přínos pro přímé linky mezi Asií a USA je naprosto nedocenitelný, poněvadţ většina párů spojovaných metropolí mezi těmito kontinenty na přímých linkách, je i dnes na hranici doletu dálkových letadel. Pro příklad je moţné zmínit společnost United Airlines, která při zavedení přímých letů z Chicaga do Hong Kongu v roce 1997, nechávala svá letadla Boeing 747 vléct aţ na vzletovou dráhu za účelem úspory paliva. Tato praxe jiţ naštěstí skončila. V současné době je jiţ uvedeno v provozu celkem 5 polárních tratí a na obrázku číslo 14 je názorně vidět, jak rychle jejich vyuţití roste. 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Celkem letů přes polární tratě Obrázek 14: Celkový počet polárních letů Zdroj: (12) Je však také nutno dodat, ţe zavedení polárních tratí mělo přijít mnohem dříve, neţ se tomu stalo. Prioritu před efektivností v tomto případě sehrály politické aspekty. Z počátku nebylo moţné aby americké společnosti létaly přes území Sovětského Svazu. Tato moţnost se začala projednávat aţ po jeho rozpadu. Podobný vliv mají politické aspekty i na další omezení, která jsou způsobena převáţně nárokem na zachování suverenity kaţdého státu. Nárok na suverenitu ve vlastním vzdušném prostoru má dle Chicágské úmluvy kaţdý stát bez výjimky. Toto právo by však nemělo tvořit překáţku před efektivním vyuţíváním vzdušného prostoru nad jednotlivými kontinenty. Současná podoba rozdělení vzdušného 31
prostoru a vedení letových tratí jsou neefektivní, jelikoţ jsou přizpůsobeny hranicím jednotlivých států, namísto aby se přizpůsobily současným letovým proudům. Jednotlivé státy by se měly částečně vzdát tohoto zastaralého modelu a umoţnit plánování přímějších letových tratí za účelem ekonomických a ekologických úspor. Jako vzor by měl vystupovat právě připravovaný projekt jednotného evropského nebe SES. 4.1 Jednotné evropské nebe - SES Projekt SES (Single European Sky) byl zahájen na základě rozhodnutí Evropské komise v roce 2001 a jeho hlavním cílem je reforma řízení letového provozu v Evropě. Důvodů a benefitů, které se očekávají od tohoto projektu je několik. Těmi klíčovými jsou skutečnosti, ţe poptávka po letecké dopravě roste rychleji, neţ se daří navyšovat propustnost vzdušného prostoru. Oproti roku 1990 činí v současné době nárust emisí z letecké dopravy nad Evropou 90 %. Takový nárůst nezaznamenal ţádný jiný druh dopravy. Měl by proto být vytvořen jednotný vzdušný prostor, který by byl přizpůsoben letovým proudům a funkčním blokům, bez ohledu na státní hranice. Předpokládaný systém funkčních bloků je moţné vidět na obrázku číslo 15. Obrázek 15: Rozdělení funkčních bloků SES Zdroj: (13) 32
Tento koncept by měl přinést významné sníţení nákladů na řízení letového provozu a tím pádem i sníţení nákladů pro jednotlivé uţivatele vzdušného provozu. Hlavní cíle tohoto projektu můţeme shrnout do následujících bodů: sníţení emisí CO 2 z kaţdého letu o 10 %, sníţení nákladů na řízení letového provozu o 50 %, navýšení kapacity vzdušného prostoru aţ trojnásobně, zvýšení bezpečnosti. 4.1.1 Evropský výzkumný program pro řízení letového provozu - SESAR V roce 2005 byl ve spolupráci Evropského společenství a Eurocontrolu zaloţen nový program SESAR (Single European Sky ATM Research), který dostal za úkol definovat a implementovat vše nezbytné k zavedení SES. V programu SESAR jsou zapojeni zástupci ze všech významných evropských firem zabývajících se leteckou dopravou. Jedná se o výrobce letadel, výrobce avioniky, letecké dopravce, poskytovatele řízení letového provozu a další subjekty z leteckého průmyslu. Celkem je do projektu přímo zapojeno 29 firem. Jako příklad je moţné jmenovat společnosti Lufthansa, Airbus, Thales, Fraport, Boeing, IATA, atd. Dokončení a úplné zprovoznění SES je naplánováno na rok 2025. Všechny nové technologie a postupy budou implementovány postupně po krocích tak, aby byl rozvoj harmonizovaný. Program SESAR dělí tento rozvoj do tří fází. První fáze byla definiční a skončila v roce 2008. Cílem bylo definovat jakým způsobem by mělo dojít k naplnění poţadovaných cílů a jako výstup této fáze vznikl tzv. Master Plan, ve kterém je podrobně specifikováno, které technologie a postupy je potřeba vyvinout a poté jak a kdy budou implementovány. V současné době se program SESAR nachází v rozvojové fázi, ve které se pracuje na nových technologiích a postupech, které se budou později testovat a implementovat do praxe. Od roku 2014, ve kterém by měla započít poslední implementační fáze, se očekává postupná reorganizace řízení letového provozu a zavádění nově vyvinutých technologií. U nových technologií je kladen velký důraz na jejich interoperabilitu tak, aby byly celosvětově aplikovatelné a pouţitelné. Letecká doprava je specifická právě svým globálním vyuţitím, proto není moţné, aby systémy letadel, která přilétají z jiných kontinentů do Evropy, nebyly kompatibilní. Dá se tak říci, ţe nové technologie se budou týkat převáţně pozemního vybavení, neţ samotných letadel. Současně vyráběna letadla jsou vybavena natolik, ţe u nich nebude potřeba ţádných rozsáhlých renovací. 33
4.1.2 4D trajektorie Podle Evropské komise jsou roční vícenáklady na neefektivní vyuţití vzdušného prostoru kolem 4,4 miliard EUR. Jednou z hlavních příčin je současný systém konvenčních tratí, které se často liší od preferované tratě. Průměrná délka jednoho letu v Evropě činí přibliţně 826 km. Preferovaná trať kaţdého letadla by však mohla být v průměru o 49 km kratší pokud by vedla přímo. Pokud se uváţí, ţe v Evropě je kaţdý den provedeno přibliţně 28 000 letů, dalo by se ušetřit celkově 1 372 000 km kaţdý den, pokud by bylo moţné zvolit pro kaţdý let preferovanou trať. Při průměrné spotřebě paliva 5l/100 km by bylo moţné ušetřit 68 600 litrů leteckého paliva kaţdý den a doba letu by se zkrátila o přibliţně 10 minut. Aby bylo moţné těchto úspor dosáhnout, byl v programu SESAR definován nový systém 4-dimensionálních trajektorií, které by měly umoţnit natolik efektivní plánování, aby bylo moţné kaţdému letadlu přiřadit jeho preferovanou trať. V současné době se pouţívají letové plány, ve kterých jsou zaznamenány jednotlivé body a letové tratě, které tyto body spojují. Letové plány zaloţené na 4-dimensionální trajektorii by měly obsahovat informaci o čase, pozici (zeměpisná délka a šířka) a výšce pro jakoukoliv fázi letu. Kaţdý uţivatel vzdušného prostoru bude mít přehled o provozu v aktuálním i budoucím čase. Takové informace budou velmi důleţité především pro řídící letového provozu, kteří budou moci vyuţít vzdušný prostor mnohem efektivněji a předcházet včas moţným problémům. Na obrázku číslo 16 je příklad, jak by mohla vypadat 4-dimensionální trajektorie se zvolenými fázemi letu a jejich podrobnými informacemi o čase, výšce a poloze. 34
Obrázek 16: 4-dimensionální trajektorie Zdroj: (14) Uţivatel letového prostoru si zvolí preferovanou trať a bude si ji muset nechat odsouhlasit od poskytovatele řízení letového provozu. Samotné řízení letového provozu bude mnohem více automatizované za pomoci automatické výměny informací mezi palubními a pozemními zařízeními. Verbální komunikace mezi řídícím a pilotem bude mnohem méně potřebná a posádky budou mít více prostoru věnovat svoji pozornost řízení letadla. Jak je na obrázku číslo 16 vidět, 4-dimensionální trajektorie bude také zahrnovat přesné časy příletu a odletu, které by měly významně zkrátit vyčkávání na vzlet a úplně omezit vyčkávání ve vzdušném prostoru před přistáním. Technologie k implementování 4-dimensionálních trajektorií je v současné době jiţ dostupná. Největší výzvou zůstává stanovit potřebné standardy, postupy a metody pouţívání aby bylo moţné tuto technologii plně uplatnit v provozu. 4.1.3 Široko-systémový informační management - SWIM V případě plánování letových tratí na základě 4-dimensionálních trajektorií, je zapotřebí vytvořit systém, do kterého bude moţné zadávat letové plány a ostatní informace týkající se letového provozu. K tomuto účelu byl v programu SESAR definován nový systém 35
SWIM (System Wide Information Management). Bývá také označován jako vzdušný intranet, jelikoţ do něj budou mít přístup všichni, kdo se na letovém provozu podílí a těmi jsou (15): letové posádky, střediska řízení letového provozu, letištní operační střediska, operační střediska dopravců, poskytovatelé sluţeb letecké navigace, meteorologická centra. Výhodou tohoto systému bude shromaţďování všech informací na jednom místě, které budou okamţitě dostupné, jelikoţ bude systém zaloţený na internetových protokolech. Nejdůleţitějšími informacemi, které se budou v tomto systému sdílet můţeme shrnout do následujících bodů: letové trajektorie kaţdého letadla, aspekty týkající se letišť, meteorologické údaje, informace znázorňující letový tok, pozorování letadel pomocí výstupu z radarů a satelitního navigačního systému, informace pro uţivatele o aktuální dostupnosti a kapacitě vzdušného prostoru. 4.2 Převedení části výkonů letecké dopravy na železnici Další moţností, jak uvolnit kapacitu vzdušného prostoru je převedení části výkonu letecké dopravy na ţeleznici. O této variantě bohuţel ţádná z uznávaných leteckých organizací jako jsou ICAO nebo IATA nepojednává. Ačkoliv obě organizace vydávají pravidelně reporty mapující ekologický dopad letecké dopravy na ţivotní prostředí, ani jedna z nich dosud nepoznamenala, ţe významný objem letecké dopravy by bylo moţné převést na ţelezniční dopravu. Obě organizace propagují ekologii jako hlavní prioritu při rozvoji letecké dopravy, jejich skutečnou prioritou je však rozvoj letecké dopravy samotné. Největší mnoţství letecké dopravy, které by bylo moţné převést na ţeleznici, je právě v Evropě, kde je většina velkých měst spojena desítkami letů denně, ale také v Číně, kde jsou budovány vysokorychlostní tratě s cestovní rychlostí přesahující aţ 400 km/h. V podmínkách České republiky je moţné říci, ţe vnitrostátní letecká doprava nemá své opodstatnění, jak po ekonomické stránce tak ani časové. Je to z prostého důvodu, jelikoţ 36
všechna velká města mezi kterými jsou vnitrostátní linky provozovány, mají kvalitní spojení ţelezniční dopravou. Přesto se leteckým dopravcům na vnitrostátních linkách daří naplňovat kapacitu svých linek. Ještě zajímavější je situace v západní Evropě, kde je vybudována vyspělá síť vysokorychlostní ţeleznice a přesto je většina blízkých měst spojována desítkami pravidelných letů denně. V tomto regionu je na některých leteckých linkách moţné dokázat, ţe se nevyplatí ani při vzdálenosti kolem 500 km. Jako příklad je moţné porovnat spojení mezi Madridem - Barcelonou a Paříţí - Londýnem v tabulce číslo 3. Tab. 3: Porovnání železniční a letecké dopravy Doba letu Doba jízdy po železnici Vzdálenost Madrid - Barcelona 1:10 + 1:40 * 2:43 621 km Paříž - Londýn 1:20 + 1:40* 2:15 495 km * Průměrná doba potřebná na odbavení před odletem a dopravu na/z letiště. Zdroj: Autor, webové stránky dopravců Pokud vezmeme v úvahu ve prospěch ţelezniční dopravy, ţe hlavní nádraţí jsou obvykle situována v centrech měst, zatímco letiště velmi často i několik desítek kilometrů od města a k tomu připočteme v průměru hodinu, kterou je potřeba strávit na letišti před odletem při procesu odbavení, vychází ţelezniční doprava jako efektivnější. Dále je významný rozdíl v ceně letenky a v ceně jízdenky vlaku. I kdyby si cestující na ţeleznici pořídil jízdenku do první třídy, ušetří často významnou částku, neţ pokud by si koupil letenku do ekonomické třídy. Přes všechny tyto aspekty, které jsou ve prospěch ţelezniční dopravy, je mezi městy z tabulky číslo 3 provozováno několik desítek letů denně. Mezi Barcelonou a Madridem provozují pravidelné linky 4 letečtí dopravci. Nejvýznamnější z nich, španělská Iberia, provozuje celkem 48 letů denně letadly A32S, které mají kapacitu přibliţně 160 cestujících. Mnoţství cestujících, kteří by mohli jen v tomto případě přejít na ţelezniční dopravu, je tedy v řádech tisíců kaţdý den. V roce 2009 vyuţilo tuto linku podle Eurostatu necelé 3 miliony cestujících. Podobná situace je i na linkách mezi Londýnem a Paříţí. Za zmínku v tomto případě stojí situace z léta roku 2010, kdy společnost Air France z důvodu vysoké poptávky a malého vytíţení svých dálkových letadel pravidelně nasazovala na tuto linku vysokokapacitní letadlo Airbus A380 pro 538 cestujících. Průměrné mnoţství vyprodukovaných emisí na této lince je vypočítáno na 68 kg CO 2 na kaţdého cestujícího. U ţelezniční dopravy je oproti tomu zatíţení ţivotního prostředí minimální. 37
S postupně se rozvíjející sítí vysokorychlostní ţeleznice v Evropě, by bylo vhodné, aby se ţelezniční dopravci pokusili ještě více konkurovat leteckým dopravcům a přilákali k sobě další zákazníky. 38
Závěr Letové tratě usnadňují plánování letů a řízení letového provozu jiţ několik desítek let. Je však nutno konstatovat, ţe systém konvenčních tratí jiţ přestává být dostačující a bude jej brzy potřeba nahradit zcela novým systémem. Velké naděje se vkládají do 4-dimensionálních trajektorií, díky kterým by bylo moţné vytvořit optimální letovou trať pro kaţdý let. Znamenalo by to tedy konec letových tratí v Evropě, jak je známe dnes. Pokud by se opravdu podařilo naplnit všechny cíle, které jsou nyní očekávány od projektu SES, měl by se tento model aplikovat i na ostatní regiony, ve kterých je kapacita vzdušného prostoru nedostačující. Jen tak bude moţné zajistit harmonizovaný rozvoj a globální interoperabilitu napříč leteckou dopravou. Pokud se tak nestane, bude vzdušný prostor i nadále fragmentován na malé segmenty, které budou kopírovat hranice států a letové tratě zůstanou neefektivní. Jediný obdobný projekt pod názvem NextGen je prozatím odstartován jen v USA. Ostatní regiony bohuţel nemají ţádný způsob, kterým by dokázaly navýšit kapacitu svých vzdušných prostorů. K vytvoření modelu jako je SES, je zapotřebí, aby se zainteresované státy dohodly na jednotné podobě a řízení. K tomu se bohuţel často staví politické aspekty, jelikoţ se jednotlivé státy obávají o ztrátu své vlastní svrchovanosti. Co se týče současného modelu letových tratí nad severním pólem a transoceánských tratí, je moţné je povaţovat za dostačující a efektivní. Polárních letů jsou prozatím jen desítky kaţdý den. U transoceánských tratí je počet frekvencí mnohem vyšší. Situace by se měla výrazně zlepšit po zavedení řízení letového provozu pomocí druţicového navigačního systému. Řídící letového provozu tak budou mít dostatečný přehled o provozu nad oceány a bude moţné ještě sníţit současné rozstupy mezi letadly. Přispět by mohl evropský druţicový systém Galileo, jehoţ uvedení do provozu se očekává jiţ brzy. Druţicová navigace tak přestane být závislá na americkém systému GPS, který je prioritně určen k vojenským účelům. 39
Seznam použitých informačních zdrojů [1] EUROCONTROL Long-Term Forecast of Annual Number of IFR flights [online]. c2010 [cit. 2011-02-20]. Dostupné z <http://www.eurocontrol.int/statfor> [2] ICAO Environmental Report 2010 [online]. c2010 [cit. 2011-02-20]. Dostupné z <http:// www.icao.int/icao/en/env2010/pubs/envreport10.htm> [3] Letecká informační příručka AIP [online]. Dostupné z <http://lis.rlp.cz/newindex.cz.html > [4] EUROCONTROL Navigation Domain [online]. [cit. 2011-02-20]. Dostupné z <http://www.ecacnav.com/rvsm> [5] KULČÁK, L. Air Traffic Management. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2002. 314 s. ISBN 80-7204-229-7 [6] Aero magazine no. 16 [online]. c2001 [cit. 2011-02-20]. Dostupné z <http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/aero_16/archive.html> [7] Space weather and polar operations [online] Dostupné z <http://www.ametsoc.org > [8] Turbulence Forecast [online] Dostupné z <http://www.turbulenceforecast.com/atlantic_westbound_tracks.php > [9] Wikipedia [online] Dostupné z <http://en.wikipedia.org/wiki/jet_stream> [10] AirlinePilotChatter [online] Dostupné z <http://airlinepilotchatter.blogspot.com/> [11] VZTLAK.NET [online] Dostupné z <http://vztlak.net/technika-a-legislativa/etops-kdyz-je-zalozni-letistedaleko> [12] Polar Operations 1996-2010 [online] Dostupné z <http://www.faa.gov> [13] Evaluation of Functional Airspace Block (FAB) Initiatives and their contribution to Performance Improvement [online] Dostupné z <http://ec.europa.eu/transport/air/studies/doc/traffic_management> 40
[14] SESAR_Factsheet_4DTrajectory_2_.pdf [online] Dostupné z http://www.sesarju.eu [15] SESAR_Factsheet-SWIM.pdf [online] Dostupné z <http://www.sesarju.eu> 41
Seznam obrázků Obrázek č. 1: Očekávaný počet pohybů dopravních letadel nad Evropou... 8 Obrázek č. 2: Podíl letecké dopravy na znečištění ţivotního prostředí... 9 Obrázek č. 3: Příletová trať STAR... 12 Obrázek č. 4: Značení letové tratě v traťové mapě... 12 Obrázek č. 5: Znázornění vzniku nových letových tratí s vyuţitím RVSM... 14 Obrázek č. 6: Porovnání délky tratí z New Yorku do Hong Kongu... 20 Obrázek č. 7: Příklad vyuţití polárních tratí společností United Airlines... 21 Obrázek č. 8: Znázornění komunikace při přeletu severního pólu... 23 Obrázek č. 9: Současně dostupná záloţní letiště v polární oblasti... 25 Obrázek č. 10: Mapa transatlantických tratí... 27 Obrázek č. 11: Znázornění letu po ortodrómě a po směru jetstreamu... 28 Obrázek č. 12: Palubní zařízení TCAS... 29 Obrázek č. 13: Plánování letu bez ETOPS a s ETOPS 180... 30 Obrázek č. 14: Celkový počet polárních letů... 31 Obrázek č. 15: Rozdělení funkčních bloků SES... 32 Obrázek č. 16: 4-dimensionální trajektorie... 35 42
Seznam tabulek Tabulka č. 1: Minima radarových rozstupů podle turbulence v úplavu Tabulka č. 2: Příklad vytíţení a doby letu dálkového letadla Boeing 747-400 nonstop na trati z Chicaga do Hong Kongu Tabulka č. 3 : Porovnání ţelezniční a letecké dopravy 43
Seznam použitých zkratek AUP ATM CDR CRAM DME ETOPS FAA GND GNSS GPS HDP IATA ICAO INS IRS MEL Airspace use plan, Plán vyuţití vzdušného prostoru Air Traffic Management Uspořádání letového provozu Conditional routes, Podmíněné tratě Conditional route availibility message, Zpráva o vyuţitelnosti podmíněných tratí Distance measuring equipment, Zařízení pro určení šikmé vzdálenosti mezi zemí a letadlem Extended range Twin engine Operational Performance Standard), Lety dvoumotorových letadel se zvýšeným doletem Federal Aviation Administration, Federální úřad pro letectví Ground, Země Global Navigation Satelite System, Globální navigační satelitní systém Global positioning system, Globální druţicový polohový systém Hrubý domácí produkt International Air Transport Association, Mezinárodní sdruţení pro leteckou dopravu International Civil Aviation Organization, Mezinárodní organizace pro civilní letectví Inertial navigation system, Inerciální navigační systém Inertial reference system, Inerční referenční systém Minimum equipment list, List minimální poţadované výbavy 44
NDB NOTAM RACGAT RNAV RNP RVSM ŘLP SATCOM SES SESAR SID STAR SWIM TCAS VOR Non-directional beacon, Nesměrový maják Notice To Airmen, Poznámka pro letce Russian Ammerican Coordinating Group For Air Traffic Rusko-Americká koordinační skupina pro letový provoz Area navigation, Prostorová navigace Required navigation performance, Poţadovaná navigační výkonnost Reduced vertical separation minima, Sníţené vertikální minima rozstupů Řízení letového provozu Satelite communication, Satelitní komunikace Single European Sky, Jednotné evropské nebe Single European SKY ATM Research, Evropský výzkumný program pro řízení letového provozu Standard instrument departure, Standardní odletová trať Standard terminal arrival route, Standardní příletová trať System Wide Information Manager, Široko-systémový informační management Traffic Collision Avoidance System, Zařízení pro zabránění kolizí za letu VHF Omnidirectional Radio Range, Všesměrový maják 45
Seznam příloh Příloha č. 1: Traťová mapa spodního vzdušného prostoru ČR (3) 46
P Ř Í L O H A